当读取数据时,如果数据存在于 Buffer Pool 中,客户端就会直接读取 Buffer Pool 中的数据,否则再去磁盘中读取。
当修改数据时,首先是修改 Buffer Pool 中数据所在的页,然后将其页设置为脏页,最后由后台线程将脏页写入到磁盘。
InnoDB 会把存储的数据划分为若干个「页」,以页作为磁盘和内存交互的基本单位,一个页的默认大小为 16KB。因此,Buffer Pool 同样需要按「页」来划分。
在 MySQL 启动的时候,InnoDB 会为 Buffer Pool 申请一片连续的内存空间,然后按照默认的16KB的大小划分出一个个的页, Buffer Pool 中的页就叫做缓存页。此时这些缓存页都是空闲的,之后随着程序的运行,才会有磁盘上的页被缓存到 Buffer Pool 中。
所以,MySQL 刚启动的时候,你会观察到使用的虚拟内存空间很大,而使用到的物理内存空间却很小,这是因为只有这些虚拟内存被访问后,操作系统才会触发缺页中断,接着将虚拟地址和物理地址建立映射关系。
Buffer Pool 除了缓存**「索引页」和「数据页」,还包括了 undo 页,插入缓存、自适应哈希索引、锁信息**等等。

为了更好的管理这些在 Buffer Pool 中的缓存页,InnoDB 为每一个缓存页都创建了一个控制块,控制块信息包括「缓存页的表空间、页号、缓存页地址、链表节点」等等。

查询一条记录,就只需要缓冲一条记录吗?

不是的。

当我们查询一条记录时,InnoDB 是会把整个页的数据加载到 Buffer Pool 中,因为,通过索引只能定位到磁盘中的页,而不能定位到页中的一条记录。将页加载到 Buffer Pool 后,再通过页里的页目录去定位到某条具体的记录。

如何管理空闲页?
Buffer Pool 是一片连续的内存空间,当 MySQL 运行一段时间后,这片连续的内存空间中的缓存页既有空闲的,也有被使用的。
那当我们从磁盘读取数据的时候,总不能通过遍历这一片连续的内存空间来找到空闲的缓存页吧,这样效率太低了。
所以,为了能够快速找到空闲的缓存页,可以使用链表结构,将空闲缓存页的「控制块」作为链表的节点,这个链表称为 Free 链表(空闲链表)

如何管理脏页?
设计 Buffer Pool 除了能提高读性能,还能提高写性能,也就是更新数据的时候,不需要每次都要写入磁盘,而是将 Buffer Pool 对应的缓存页标记为脏页,然后再由后台线程将脏页写入到磁盘。

那为了能快速知道哪些缓存页是脏的,于是就设计出 Flush 链表,它跟 Free 链表类似的,链表的节点也是控制块,区别在于 Flush 链表的元素都是脏页。

调整mysql缓冲池的大小命令 数据库缓冲池大小_链表

脏页什么时候会被刷入磁盘?
引入了 Buffer Pool 后,当修改数据时,首先是修改 Buffer Pool 中数据所在的页,然后将其页设置为脏页,但是磁盘中还是原数据。

因此,脏页需要被刷入磁盘,保证缓存和磁盘数据一致,但是若每次修改数据都刷入磁盘,则性能会很差,因此一般都会在一定时机进行批量刷盘。

可能大家担心,如果在脏页还没有来得及刷入到磁盘时,MySQL 宕机了,不就丢失数据了吗?

这个不用担心,InnoDB 的更新操作采用的是 Write Ahead Log 策略,即先写日志,再写入磁盘,通过 redo log 日志让 MySQL 拥有了崩溃恢复能力。

下面几种情况会触发脏页的刷新:

redo log 日志满了的情况下,会主动触发脏页刷新到磁盘;
Buffer Pool 空间不足时,需要将一部分数据页淘汰掉,如果淘汰的是脏页,需要先将脏页同步到磁盘;
MySQL 认为空闲时,后台线程会定期将适量的脏页刷入到磁盘;
MySQL 正常关闭之前,会把所有的脏页刷入到磁盘;
在我们开启了慢 SQL 监控后,如果你发现**「偶尔」会出现一些用时稍长的 SQL**,这可能是因为脏页在刷新到磁盘时可能会给数据库带来性能开销,导致数据库操作抖动。
如果间断出现这种现象,就需要调大 Buffer Pool 空间或 redo log 日志的大小。